JP5817303B2 - 冠水監視システム - Google Patents
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Description
一方、センサー装置の設置数を減らすことでコストを削減することも可能ではあるものの、設置箇所の減少に伴い冠水の発生領域に関する検出分解能が低下し、すなわち冠水の検出精度が低下する。
なお、前記目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
また、前記受信手段で受信した前記第一反射波の強度と前記記憶手段に記憶された前記基準値との比較により、水没した前記レーダー反射体を冠水反射体として特定する特定手段と、前記受信手段で前記第二反射波を受信し、かつ、前記特定手段で前記冠水反射体が特定されたときに、冠水が発生している旨の情報を出力する出力手段とを備える。
また、識別手段,記憶手段,特定手段及び出力手段を備える。前記識別手段は、前記受信する手段が受信した前記第一反射波と前記第二反射波とを識別し、前記記憶手段は、前記レーダー反射体の水没時における反射波の強度に対応する基準値を前記複数のレーダー反射体毎に記憶する。また、前記特定手段は、前記第一反射波の強度と前記第二反射波と前記記憶手段に記憶された前記基準値との比較により、水没した前記レーダー反射体を冠水反射体として特定する。さらに、前記出力手段は、前記特定手段で特定された前記冠水反射体の設置点が冠水している旨の情報を出力する。
また、開示の冠水監視システムは、路面の冠水状態を監視する冠水監視システムであって、前記路面上の所定領域に設置された複数のレーダー反射体と、前記複数のレーダー反射体が設置された前記所定領域に向けて電波を照射するとともに前記複数のレーダー反射体からの反射波を受信する受信手段と、前記レーダー反射体の水没時における反射波の強度に対応する基準値を前記複数のレーダー反射体毎に記憶する記憶手段と、前記受信手段で受信した前記反射波の強度と前記記憶手段に記憶された前記基準値との比較により、水没した前記レーダー反射体を冠水反射体として特定する特定手段と、前記特定手段で特定された前記冠水反射体の設置点が冠水している旨の情報を出力する出力手段とを備える。
図1(a)は、アンダーパス構造の車両用道路に対して本冠水監視システムに係る冠水監視装置10を適用した例を示すものである。アンダーパス構造とは、鉄道路線や幹線道路の交差部分で一方の路線,道路を他方の下に潜らせた構造を意味する。以下、このような交差部分で下方を通過する道路のことをアンダーパス11と呼び、アンダーパス11内の通行車両のことを車両14と呼ぶ。
冠水監視装置10は、ミリ波帯の電波(波長が1〜10[mm]程度であって周波数が30〜300[GHz]程度の電磁波)を予め設定された所定の監視対象領域に照射し、その反射波に基づいて監視対象領域の冠水状態やアンダーパス11の内部での交通量の情報,平均通行速度,渋滞情報等を検出するものである。ミリ波帯の電波は、耐環境性に優れ、直進性が高い(散乱しにくい)ため、他の周波数帯の電波を用いた場合と比較して安定した検知性能を有する。冠水監視装置10による最大検出距離は、電波の出力にも依るものの、市場品のレベルで数百[m]に達する。
[2−1.概要]
冠水監視装置10は、上記のレーダー反射体9やアンダーパス11上を通行する車両14,物体等の対象物を検出するレーダー装置であり、例えばアンテナ,送受信回路モジュール,演算回路モジュール等を内蔵したものである。ここに内蔵される電子回路モジュールは、例えばマイクロプロセッサやROM(Read Only Memory),RAM(Random Access Memory)等を集積したLSI(Large Scale Integration)デバイスとして製造されたものであってもよい。
レーダー部1(受信手段)は、ミリ波帯の電波を送受信するための部位であり、図示しないアンテナから送信波を照射するとともに、その反射波を受信するものである。電波が照射される領域(監視対象領域)は、少なくとも上記のレーダー反射体9が設けられた各地点を含む領域とする。したがって、レーダー反射体9が破損,冠水しない限り、レーダー反射体9からの反射波がレーダー部1で受信される。また、電波の照射領域内を通行する車両14が存在する場合には、その車両14からの反射波がレーダー部1に到達する。ここで送受信された送信波及び反射波の情報は、信号処理部2に伝達される。
判定部4(特定手段,識別手段)は、信号処理部2から伝達された対象物の情報に基づいて、主に三種類の判定を実施する。第一の判定は、対象物がレーダー反射体9であるか、それとも車両14であるかの判定である。第二の判定は、レーダー反射体9が水没したか否かの判定(すなわち、冠水判定)である。そして第三の判定は、レーダー反射体9及び冠水監視装置10自身の故障判定である。判定部4での判定結果は、表示部5及び通信部6に伝達される。
第一の判定に関して、判定部4は、対象物の情報をレーダー反射体9の情報と車両14の情報とに識別するとともに、冠水したレーダー反射体9に対応する情報を特定する。ここでは、冠水監視装置10から距離Lnの位置で検出された対象物の速度Vが所定速度V0未満であるとき、その対象物が距離Lnの位置に設けられたレーダー反射体9であると判断される。ここでいう所定速度V0とは、例えばゼロに近い微小な値である。つまり、距離L1〜L3で移動しない対象物が、それぞれレーダー反射体9a〜9cとして識別される。
第二の判定に関して、判定部4は距離L1〜L3に位置するレーダー反射体9のそれぞれについての反射強度ERを閾値ERTHと比較し、反射強度ERが閾値ERTH以上であるときに、そのレーダー反射体9が水没していないと判断する。本実施形態では、各々の距離L1〜L3での閾値ERTH1〜ERTH3が設定されているため、第一反射体9aが水没したと判断されたときの反射強度ERの大きさは、第二反射体9bが水没したと判断されたときの反射強度ERの大きさとは相違する。例えば、第一反射体9aが水没していないと判断されるための条件は『第一反射体9aからの反射強度ERが閾値ERTH1以上であること』であり、第二反射体9bが水没していないと判断されるための条件は『第二反射体9bからの反射強度ERが閾値ERTH2以上であること』である。
一方、冠水の発生時には、標高が低い順に反射強度ERが低下し始める。したがって、第二反射体9bの反射強度ERが最初に低下し、続いて第一反射体9a,第三反射体9cの順に反射強度ERが低下する。
第三の判定に関して、判定部4は第一の判定で識別された車両14からの反射強度ERを用いてレーダー反射体9の破損や冠水監視装置10自身の故障を判定する。判定部4は、全てのレーダー反射体9の反射強度ERについて、それぞれの反射強度ERが閾値ERTH(閾値ERTH1,ERTH2,ERTH3)未満であり、かつ、車両14からの反射強度ERが所定強度ERB未満であるときに、冠水監視装置10が故障したと判定する。この場合、冠水監視装置10のレーダー機能(レーダー部1やアンテナ等)が故障したものと判断される。
例えば、図6(a)に示すように、所定の時刻t4以降に監視対象領域からの電波の反射強度ERが全体的に低下した場合には、この現象の原因が冠水監視装置10の機能低下に由来するものとみなされる。
例えば、図6(b)に示すように、所定の時刻t5以降に全てのレーダー反射体9の反射強度ERが低下したにも関わらず、車両14からの反射強度ERに変化が見られない場合には、この現象の原因が監視対象領域の移動に由来するものとみなされる。
例えば、図6(c)に示すように、第二反射体9bの反射強度ERが所定の時刻t6から時刻t7までの短い時間で低下した場合には、第二反射体9bが故障していないものとみなされる。また、反射強度ERが低下していない第一反射体9a及び第三反射体9cについても、故障していないものとみなされる。
図6(c)中の時刻t8以降では、第二反射体9bの反射強度ERが長時間にわたって低下している。反射強度ERのみを参照したのでは、この反射強度ERの低下がリフレクター部91の水没に起因するものなのか、それとも水没以外のリフレクター機能の低下に起因するものなのかを区別することが難しい。しかし、第二反射体9bのリフレクター部91が実際に水没しているのであれば、路面の冠水によってアンダーパス11を通行する車両14の速度Vが低下し、図6(c)に示すように、車両14に対応するグラフの勾配が小さくなるはずである。そこで本実施形態では、反射強度ERが長時間低下し、かつ、速度Vが所定速度V1以上であれば、レーダー反射体9が故障したものと判断する。
表示部5(出力手段,報知手段,警報手段)は、判定部4での判定結果に応じた情報を電光掲示板12に出力するものである。ここでは、判定部4でアンダーパス11内に冠水が発生したものと判断されたとき、冠水水位を表示させる制御信号が電光掲示板12に出力され、冠水水位が車両14の運転者に報知される。例えば、第一反射体9aの設置点が冠水したときには電光掲示板12に『冠水水位X2cm』と表示させる。
さらに、冠水の発生中にアンダーパス11内に進入しようとする車両14が存在する場合(交通量を計測するレーダー機能で車両14の存在を検知した場合)には、上記の制御信号に加えて、電光掲示板12に『冠水中』,『速度をおとせ』等と表示させる制御信号が出力される。
また、冠水が少なくとも第一反射体9a及び第二反射体9bの双方で発生している場合、すなわち、冠水水位が標高H2以上である場合には、アンダーパス11内を車両14が通行できない状態になったものと判断し、警察当局8b宛にアンダーパス11での交通整理を依頼する伝達信号が出力される。
図7〜図9は、冠水監視装置10で実施される制御の手順を例示するフローチャートである。これらのフローチャートに示される一連の制御は、それぞれが互いに独立して冠水監視装置10の内部で繰り返し実施される。
図7は冠水の判定に関するフローであり、図8は出力に関するフローであり、図9は故障判定に関するフローである。なお、図7中に記載された変数kは、三つのレーダー反射体9を区別するための変数である。この変数kの初期値はk=0であり、レーダー反射体9の設置数に応じた整数値をとるものとする。
図7のフローチャートの各ステップは、おもにレーダー部1,信号処理部2及び判定部4で実施される。ステップA10では、監視対象領域内に存在する対象物が検出される。すなわち、レーダー部1に到達した反射波の情報が信号処理部2に伝達され、反射波を反射した対象物までの距離L及び対象物の速度Vが演算されるとともに、反射波の強度ERが検出される。
ステップA50では、第k反射体の反射強度ERが閾値ERTHk以上であるか否かが判定される。変数kがk=1のとき、第一反射体9aの反射強度ERと閾値ERTH1とが比較され、ER≧ERTH1のときにステップA60へ進む。一方、ER<ERTH1のときにはステップA70へ進む。
図8のフローチャートの各ステップは、おもに表示部5及び通信部6で実施される。ステップB10では、第三反射体9cの設置点が冠水しているか否かが判定される。ここで第三反射体9cが水没しているときにはステップB40へ進み、水没していないときにはステップB20へ進む。また、ステップB20では、第一反射体9aの設置点が冠水しているか否かが判定される。ここで第一反射体9aが水没しているときにはステップB50へ進み、水没していないときにはステップB30へ進む。
あるいは、冠水した領域(すなわち、冠水した領域と冠水していない領域との境界位置に対応する二箇所の距離L)を演算し、その領域内で検出された車両14のみをスタックの検知対象としてもよい。
なお、ステップB30からステップB60に進んだ場合には、第二反射体9bのみが水没しているため、電光掲示板12に『通行注意』と表示されるとともに、第二反射体9bの設置点の標高H1に対応する冠水水位が表示され、ステップB100へ進む。ステップB100では、アンダーパス11内に進入しようとする車両14が存在するか否かが判定される。この条件が成立する場合にはステップB110へ進み、条件が非成立の場合にはステップB120へ進む。
図9のフローチャートの各ステップは、おもに判定部4で実施される。ステップC10では、全てのレーダー反射体9についてそれぞれの反射強度ERが閾値ERTH未満であるか否かが判定される。ここで、第一反射体9aの反射強度ERが閾値ERTH1未満であり、かつ、第二反射体9bの反射強度ERが閾値ERTH2未満であり、かつ、第三反射体9cの反射強度ERが閾値ERTH3未満である場合にはステップC20へ進み、この条件が成立しない場合にはステップC50へ進む。全てのレーダー反射体9からの反射強度ERがほぼ同時(所定時間の間)に減少したか否かを判定する構成としてもよい。
一方、ステップC20の条件が成立しない時にはステップC40へ進み、冠水監視装置10が故障したものと判定される。この判定は、例えば冠水監視装置10のレーダー機能が低下したような場合に相当する。
なお、上述の図9に示す故障判定に係るフローは、図8に示す出力に関するフローに組み込むことも可能である。例えば、図8中のステップB40,B50及びB60をそれぞれ実施する前に、故障判定に係るフローを実施してもよい。
(1)水没したレーダー反射体9からの反射波の強度ERは冠水状態に応じて変化し、水没後の反射強度ERは水没前の反射強度ERと比較して著しく低下する。このような反射強度ERの変化特性を踏まえて、上述の実施形態では、監視対象領域内の各所に固設されたレーダー反射体9のそれぞれに反射強度ERの閾値ERTHを設定し、記憶部3に記憶させている。この閾値ERTHは、冠水監視装置10との距離Lに応じて予め設定されたものであり、三つのレーダー反射体9a〜9cのそれぞれが異なる大きさの閾値ERTH1〜ERTH3を持つ。
また、レーダー部1から照射する電波の照射方向を制御する必要がないため、レーダー装置自体の構成をより簡素にすることが可能であり、大幅にコストを削減することができる。また、既存の道路交通情報通信システムで使用されているレーダー装置の転用,併用が容易であり、コスト的に有利である。
なお、車両14のスタックの検出に関して、冠水した領域内で検出された車両14のみを対象としてスタックを検知する構成とした場合には、アンダーパス11内で停止した車両14のうち、冠水によって自走できなくなった車両14を正確に把握することができる。例えば、車体が水没してスタックした車両14と、その車両14の手前で急停止した自走可能な車両14とを識別することができ、救助が必要な車両14の台数を正確に計数することができる。
[5−1.判定条件]
上述の実施形態における各種の判定条件は、適宜変更することが考えられる。
例えば、判定部4における第一の判定に関して、上述の実施形態では、対象物の距離L及び速度Vに基づいてレーダー反射体9と車両14とを識別するものを例示したが、このような手法に代えて、あるいは加えて、推定される対象物の移動軌跡に基づいてレーダー反射体9と車両14とを識別してもよいし、図4や図5に示すようなグラフの形状に基づいてレーダー反射体9と車両14とを識別してもよい。これらの複数の手法を用いることで、判定の精度(正確さ)を変化させることができ、あるいは精度をさらに高めることができる。
上述の実施形態の表示部5や通信部6によって制御される出力の具体的な内容は種々考えられる。
例えば、表示部5が電光掲示板12に表示させる情報の種類としては、冠水の報知や警報だけでなく、迂回路の提示や進入可能と推定される車高や車種の提示,アンダーパス11内に流入する水の流入速度や排水速度の報知等が考えられる。正確な情報を遅滞なく公表することで、車両14の運転者に冷静かつ適切な運転を促すことができるとともに、本冠水監視システムに対する信頼性を向上させることができる。
上述の実施形態では、アンダーパス構造の車両用道路に冠水監視システムを適用したものを例示したが、冠水監視システムの適用対象はこれに限定されない。例えば、図10に示すように、河岸堤防に上記の冠水監視システムを適用することで、河川の水位を監視するシステムを構築することができる。この場合、堤防の河川20に面した側面21に複数のレーダー反射体9を固定することで、水位を正確に検知することができ、河川の氾濫を事前に把握することができる。
あるいは、防波堤22の海側の側面にレーダー反射体9を固定するとともに、海面側からそれらのレーダー反射体9を監視する構成としてもよい。この場合、防波堤22に衝突する波の高さを検出することが可能となり、すなわち防波堤22を超えるまでには至らない波や波浪を精度よく検知することができる。
2 信号処理部
3 記憶部(記憶手段)
4 判定部(特定手段,識別手段)
5 表示部(出力手段,報知手段,警報手段)
6 通信部(出力手段,救助手段)
9 レーダー反射体
10 冠水監視装置
Claims (14)
- 複数のレーダー反射体が設置された所定領域に向けて照射された電波が前記複数のレーダー反射体により反射された第一反射波と、前記所定領域を走行する車両により反射された第二反射波とを受信する受信手段と、
前記第一反射波と前記第二反射波とを識別する識別手段と、
前記レーダー反射体の水没時における反射波の強度に対応する基準値を前記複数のレーダー反射体毎に記憶する記憶手段と、
前記受信手段で受信した前記第一反射波の強度と前記記憶手段に記憶された前記基準値との比較により、水没した前記レーダー反射体を冠水反射体として特定する特定手段と、
前記受信手段で前記第二反射波を受信し、かつ、前記特定手段で前記冠水反射体が特定されたときに、冠水が発生している旨の情報を出力する出力手段と
を備えたことを特徴とする、冠水監視システム。 - 前記複数のレーダー反射体が、前記受信手段に対して互いに異なる距離となる位置に設置される
ことを特徴とする、請求項1記載の冠水監視システム。 - 前記複数のレーダー反射体が、互いに異なる標高となる位置に設置される
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の冠水監視システム。 - 前記特定手段がさらに、前記受信手段で受信した前記第二反射波に基づき、前記車両の位置及び速度を検出する
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の冠水監視システム。 - 前記出力手段が、前記冠水が発生している旨の情報を前記車両に対して報知する報知手段を有する
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の冠水監視システム。 - 前記出力手段が、前記特定手段で特定された前記冠水反射体の設置点よりも低所で前記車両が停止したときに救助信号を出力する救助手段を有する
ことを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載の冠水監視システム。 - 前記特定手段が、前記冠水反射体の設置点の高さに基づき、前記所定領域内の冠水水位を特定するとともに、
前記出力手段が、前記特定手段で特定された前記冠水水位に応じて、前記所定領域への車両進入を制限するための警報表示を出力する警報手段を有する
ことを特徴とする、請求項1〜6の何れか1項に記載の冠水監視システム。 - 前記特定手段が、前記受信手段で受信した前記第一反射波の強度の経時変化と前記第二反射波の強度の経時変化との比較により、前記受信手段の故障を検知する
ことを特徴とする、請求項1〜7の何れか1項に記載の冠水監視システム。 - 前記特定手段が、前記受信手段で受信した前記第一反射波の強度の経時変化と前記車両の速度とに基づき、前記レーダー反射体の破損を検知する
ことを特徴とする、請求項1〜8の何れか1項に記載の冠水監視システム。 - 前記特定手段が、前記受信手段で受信した前記第一反射波の強度が前記記憶手段に記憶された前記基準値を下回った時間及び回数に基づき、前記冠水反射体を特定する
ことを特徴とする、請求項1〜9の何れか1項に記載の冠水監視システム。 - 路面の冠水状態を監視する冠水監視システムであって、
前記路面上の所定領域に設置された複数のレーダー反射体と、
前記所定領域に向けて電波を照射するとともに前記複数のレーダー反射体からの第一反射波及び前記路面を走行する車両からの第二反射波を受信する手段と、
前記受信する手段が受信した前記第一反射波と前記第二反射波とを識別する識別手段と、
前記レーダー反射体の水没時における反射波の強度に対応する基準値を前記複数のレーダー反射体毎に記憶する記憶手段と、
前記第一反射波の強度と前記第二反射波と前記記憶手段に記憶された前記基準値との比較により、水没した前記レーダー反射体を冠水反射体として特定する特定手段と、
前記特定手段で特定された前記冠水反射体の設置点が冠水している旨の情報を出力する出力手段と、を有する
ことを特徴とする、冠水監視システム。 - 路面の冠水状態を監視する冠水監視システムであって、
前記路面上の所定領域に設置された複数のレーダー反射体と、
前記複数のレーダー反射体が設置された前記所定領域に向けて電波を照射するとともに前記複数のレーダー反射体からの反射波を受信する受信手段と、
前記レーダー反射体の水没時における反射波の強度に対応する基準値を前記複数のレーダー反射体毎に記憶する記憶手段と、
前記受信手段で受信した前記反射波の強度と前記記憶手段に記憶された前記基準値との比較により、水没した前記レーダー反射体を冠水反射体として特定する特定手段と、
前記特定手段で特定された前記冠水反射体の設置点が冠水している旨の情報を出力する出力手段と
を備えたことを特徴とする、冠水監視システム。 - 前記複数のレーダー反射体が、前記受信手段に対して互いに異なる距離となる位置に設置される
ことを特徴とする、請求項11又は12記載の冠水監視システム。 - 前記複数のレーダー反射体が、互いに異なる標高となる位置に設置される
ことを特徴とする、請求項11〜13の何れか1項に記載の冠水監視システム。
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